再生微粉（精选六篇）
再生微粉 篇1
随着城市化进程的持续加快, 建筑垃圾的排放量日益增长。据统计, 2010年上海地区建筑垃圾产生量约为4 000万t, 2011年约为8 000万t, 相当于同期工业固体废弃物的3.4倍, 2012年达到1.1亿t[1]。建筑垃圾对环境的负担越来越重, 如何处理和排放建筑垃圾已经成为人们日益关注的重点问题。建筑垃圾中, 废混凝土当前主要资源化利用途径是制成再生骨料用于生产再生混凝土、再生砂浆、再生墙体材料等。再生骨料生产过程产生的粒径较小的0~2 mm的废料, 由于含水率高、吸水率大等特点, 常常作为副产品而丢弃, 这种废料约占再生骨料产量的20%左右;另外, 建筑垃圾中废旧砖块因孔隙多、吸水大, 不适宜于制备再生骨料而无法利用。但资料表明, 废混凝土经粉磨具有潜在活性, 再生混凝土微粉中的Ca (OH) 2、未水化水泥颗粒水化分别形成碳铝酸钙、碳硅酸钙, 具有作为水泥水化晶胚和继续水化形成凝胶产物的能力;再生砖微粉中的硅、铝矿物成分具有火山灰活性, 经激发具有与Ca (OH) 2二次反应形成CSH凝胶的能力[2]。
基于以上现状, 本文以废混凝土 (再生骨料生产过程产生的尾料) 、废砖为研究对象, 利用其制备了两种建筑垃圾再生超细微粉, 测试其基本性能, 并与矿粉、粉煤灰的特性进行比较, 探讨其用于水泥、混凝土的可行性。
1 试验
1.1 原材料
水泥OPC:采用某厂的42.5普通硅酸盐水泥;两种建筑垃圾再生超细微粉:混凝土再生超细微粉 (CRP) 、砖再生超细微粉 (BRP) ;粉煤灰FA:选用某厂的II级低钙灰;矿粉SL:选用某厂的S95级高炉粒化矿渣微粉。
1.2 试验方法
参照GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》, 对建筑垃圾再生超细微粉、粉煤灰、矿粉进行化学成分分析;采用扫描电镜SEM、激光粒度分析等测试手段, 对比分析建筑垃圾再生超细微粉及其他矿物掺合料的微观特征;参照GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》, 测试建筑垃圾再生超细微粉及其他矿物掺合料的需水量、活性指数等性能。
2 试验结果分析
2.1 化学成分
建筑垃圾再生超细微粉、粉煤灰和矿粉化学成分见表1。分析表1可知:建筑垃圾再生超细微粉的化学成分与矿粉相差较大, 氧化硅含量远高于矿粉, 氧化铝含量略高于矿粉, 而氧化钙含量远低于矿粉;建筑垃圾再生超细微粉的化学成分与粉煤灰接近, 氧化硅、氧化钙含量略高于粉煤灰, 氧化铝含量高于粉煤灰。从理论上看, 建筑垃圾再生超细微粉应具有一定的火山灰活性。
%
2.2 微观特征
2.2.1 颗粒形貌
建筑垃圾再生超细微粉、粉煤灰和矿粉的SEM照片如图1~4所示。由图可知, 混凝土再生超细微粉与砖再生超细微粉的微观形貌与矿粉相似, 多为不规则且表面粗糙的颗粒, 而粉煤灰为表面光滑的球状玻璃体颗粒。
2.2.2 粒径分布
建筑垃圾再生超细微粉、粉煤灰和矿粉的粒径分析结果如表2和图5所示。试验结果表明, 混凝土再生超细微粉、砖再生超细微粉、粉煤灰和矿粉的平均粒径分别为28.0μm、17.6μm、16.12μm和11.77μm。其中, 砖再生超细微粉平均粒径与II级粉煤灰粒径相似, 中位径与D90均小于Ⅱ级粉煤灰。
由于建筑垃圾原材料的均匀性差, 各组分易磨性有较大差别, 使得由其制备的再生超细微粉的颗粒分布也不均匀, 呈现特别细、较粗的颗粒都较多, 使得再生超细微粉的比表面积特别大、而细度 (45μm筛余) 也较大的特征。
μm
2.3 物理化学性能
建筑垃圾再生超细微粉、粉煤灰和矿粉的物理化学性能测试结果如表3所示。分析表3可知:两种建筑垃圾再生超细微粉的比表面积均为600 m2/kg以上, 远大于矿粉和粉煤灰, 但其细度 (45μ筛余) 却明显大于粉煤灰, 这可能是由于建筑垃圾原材料中杂质较多、均匀性较差, 各成分的易磨性差异较大, 导致粉磨后的再生超细微粉的粒度分布不均;另外, 建筑垃圾再生超细微粉的密度介于粉煤灰和矿粉之间, 烧失量、需水量比大于矿粉和粉煤灰。总体而言, 建筑垃圾再生超细微粉各项指标基本达到Ⅱ级粉煤灰标准GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》, 基本满足了作为水泥混合材、混凝土掺合料的条件。
2.4 反应活性
建筑垃圾再生超细微粉、粉煤灰和矿粉的物理化学性能测试结果如图6所示。由图6可知, 建筑垃圾再生超细微粉的早期活性与矿渣粉相当, 达到75%左右, 远高于普通粉煤灰, 其后期活性虽不如矿渣粉, 但基本与普通粉煤灰持平。建筑垃圾再生超细微粉水泥胶砂的活性研究证明了建筑垃圾再生超细微粉中含有能与水泥Ca (OH) 2二次反应的Si O2和Al2O3;另一方面, 建筑垃圾再生超细微粉颗粒粒径小, 比表面积大, 反应接触面多, 能够加速二次反应。
图7~8分别为混凝土再生超细微粉与砖再生超细微粉各个龄期的SEM电镜图。结果表明, 掺有建筑垃圾再生超细微粉水泥胶砂3 d后开始生成六面体Ca (OH) 2, 随着龄期增长, 六面体Ca (OH) 2逐渐增多, 且结构越来越致密。
3 结论
1) 建筑垃圾再生超细微粉颗粒多为不规则形状, 其颗粒分布不均匀, 特别细的和较粗的颗粒都较多, 使得其呈现比表面积特别大 (600 m2/kg以上) 、而细度 (45μm筛余) 也较大的特征;
2) 建筑垃圾再生超细微粉的化学成分与粉煤灰有一定相似之处, 其氧化硅、氧化钙含量较高, 氧化铝含量较低;
3) 建筑垃圾再生超细微粉的密度介于粉煤灰和矿粉之间, 烧失量、需水量比大于矿粉和粉煤灰, 其早期活性与矿渣粉相当, 28 d活性与普通粉煤灰持平;
4) 建筑垃圾再生超细微粉各项指标基本达到Ⅱ级粉煤灰标准, 具备替代粉煤灰作为水泥混合材、混凝土掺合料的条件。
参考文献
[1]上海市固体废物污染环境防治信息公告[EB/OL].www.sepb.gov.cn.
再生微粉混凝土耐久性研究 篇2
关键词：废弃混凝土,再生微粉,耐久性,抗冻性,碳化
0前言
废弃混凝土再生产品的应用既可以减少废弃混凝土的排放和对环境造成的二次污染,节省大量的处理费用,又可以减少建筑业对天然砂石的消耗,保护自然资源和人类的生存环境,产生良好的经济、社会、环保效益。因此,废弃混凝土最有价值的处理方法就是把它当作可再生资源重新利用生产建筑材料[1]。现在世界上很多国家已不把废弃混凝土当成是一种垃圾,废弃混凝土经过处理后可以当作制备建筑材料的各种原料。面对砂石、矿产等自然资源日益短缺、建筑垃圾日渐增加的严峻形势,各国政府和研究机构纷纷制定新政策、发展新技术,以促进再生混凝土骨料及再生微粉掺合料的生产及使用。
目前,废弃混凝土作为可再生资源再生利用主要有以下3个途径:(1)将废弃混凝土破碎、筛分、分选、洁净后作为“循环再生骨料”,制成一定粒径的再生粗骨料或细骨料来代替天然砂石配制再生骨料混凝土用在钢筋混凝土结构工程中。(2)运用废弃混凝土中以水泥砂浆为主的颗粒磨细成粉,烧制水泥。(3)将经过破碎、筛分、粉磨的废弃混凝土制作再生微粉用作掺合料。
废弃混凝土粉碎过程所产生的粉料含有大量的水泥水化产物和未水化的水泥颗粒。一方面,未水化尽的水泥颗粒可以被“复苏”水化,产生强度和激发活性,其反应原理同粉煤灰与水泥的反应机理相一致;另一方面,水泥水化物又能在胶凝材料的水化和活性激发中起到“晶种”的作用,促进水化。
有关研究表明[2],再生微粉平均粒径较小,在混凝土中除了有胶凝作用外还能起到微集料效应,可使得混凝土形成细观紧密组合体系;另一方面,微粉颗粒比表面积大,能吸附水分子,阻碍粗骨料表层水吸附膜的形成,有利于改善界面过渡区,提高混凝土性能。
与用作掺合料相比,目前废弃混凝土作骨料应用比较多,但是废弃混凝土用作骨料的时候由于破碎过程中有裂缝等缺陷,骨料强度下降,吸水率上升,品质变化较大,只能配制低强度等级的混凝土。而将废弃混凝土中的胶凝材料与骨料分离磨细再经过加工如煅烧来制得水泥的工艺相对繁琐并且投资较大。因此,将废弃混凝土直接破碎粉磨制得的微粉作为掺合料应用于水泥混凝土,不失为一种新途径,对其可行性的研究目前并不多见,鉴于此,研究废弃混凝土微粉作掺合料应用于混凝土中的性能,具有重要意义。
本文主要研究废弃混凝土微粉作为掺合料配制混凝土的抗冻及抗碳化耐久性。
1 试验原材料
水泥采用安徽某公司生产的P·O 42.5级普通硅酸盐水泥,性能符合GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》标准要求;砂子为湖北天然砂,细度模数2.6,含泥量1.6%;石子为江苏碎石,含泥量0.6%,针片状含量7%,压碎值8.4%,符合标准要求;外加剂为南京某公司生产的HLC-1X聚羧酸系高性能减水剂,满足GB 8076—2008《混凝土外加剂》中高效减水剂性能指标要求;矿粉产自上海某公司高炉矿渣粉,符合S95矿粉标准技术指标的要求;粉煤灰为华能南通电厂Ⅰ级灰。试验用水为自来水,符合混凝土拌合用水要求。再生微粉为自加工。
2 再生微粉的制备和性能
2.1 再生微粉的制备
本试验所用废弃混凝土来自力学试验后的废弃混凝土块。
再生微粉的制备过程是一个掺合料活性机械强化的过程,其制作流程包括废弃混凝土→铁锤一次粗破碎→二次破碎至最大粒径不超过20mm的颗粒→球磨机碾磨细度合格→试验用。废弃混凝土块经鄂式破碎机破碎后成粒径小于20mm的混凝土颗粒。混凝土破碎得越均匀、越细,越有利于降低粉磨系统能耗,提高整个系统的制备效率。经破碎后的混凝土颗粒再经球磨机进行粉磨,粉磨工艺所用球磨机为SM-500型球磨机。混凝土颗粒在球磨机研磨和试料相互冲击作用下得到整形和强化,所产生的混凝土微细粉末即再生微粉。再生微粉主要成分由硬化水泥石、砂、石骨料粉末组成。
微粉碾磨制备过程中,在一定间隔时间内测试其密度及比表面积,使其满足实验要求。微粉比表面积要求大于400m2/kg。
2.2 再生微粉的性能
试验所采用的矿粉为产自上海宝田公司的高炉矿渣粉,再生微粉与矿粉技术指标对比见表1。
从表1可以看出,再生微粉砂浆后期的活性较弱,不能满足GB/T 18046—2008《用于混凝土中的粒化高炉矿渣粉》规定的掺合料技术指标要求,其原因是再生微粉大量成分已水化,虽然活性偏低,但微粉也具备一定的水化能力。除了烧失量相对较高外,再生微粉其他性能均能满足掺合料技术要求。
2.3 掺合料化学成分
对再生微粉掺合料进行化学全分析,测试其各类化学成分含量,并与试验所用矿粉及粉煤灰进行对比,结果见表2。
由表2看出,再生微粉的化学成分与矿粉接近,Ca O含量大大高于粉煤灰,而Mg O含量较粉煤灰稍高。由于生产水泥的主要原料是石灰质原料(提供氧化钙)和粘土质原料(主要提供氧化硅和氧化铝,也提供部分氧化铁)[3],废弃混凝土经破碎和粉磨制得的再生微粉的Ca O含量较高,并且含有一定量的Si O2,其中一部分来自废弃混凝土中的骨料,一部分来自废弃混凝土中的水化水泥部分。根据化学成分不难推断其具有潜在的水化活性,将再生微粉作为生产水泥的石灰石质原料或者直接作为掺合料应用于混凝土中是可行的。
%
3 再生微粉混凝土性能研究
通过试验对比,研究再生微粉掺合料、矿粉和粉煤灰在水泥混凝土中的作用区别以及其对水泥混凝土性能的影响。同时,研究多种掺合料复掺下水泥混凝土的性能,得出性能较优的配合比。
再生微粉、粉煤灰和矿粉掺合料在混凝土中不同组合的试验配合比见表3。
3.1 抗压强度
不同掺合料组合的混凝土抗压强度见表4。
不同双掺组合配合比(P01、P02、P03组)混凝土抗压强度对比见图1。
kg/m3
注:C—水泥,W—水,S—细集料,G—粗集料,O—矿粉,F—粉煤灰,M—再生微粉,R—减水剂,A—NS型激发剂。
由图1可以看出,粉煤灰和矿粉双掺情况下水泥混凝土的抗压强度最大,而再生微粉和矿粉或粉煤灰双掺配合比的水泥混凝土中,微粉与矿粉双掺混凝土的抗压强度在各个龄期均大于再生微粉与粉煤灰双掺混凝土的。
不同比例三掺配合比(P04、P05、P06组)混凝土抗压强度对比见图2。图中比例为掺合料总掺量不变情况下调整粉煤灰、矿粉和再生微粉的掺量比例。
由图2可以看出,随着龄期增长,不同掺合料比例配合比的三掺混凝土的抗压强度呈增长态势。水化初期,三种比例三掺混凝土抗压强度相差不大,随着水化的进行,P05组(F:O:M为7:4:3)的混凝土强度提高较大,而三种掺合料比例为1:1:1的P06组混凝土强度提高相对较小,主要是激发剂掺量较少的缘故;在后期,随着再生微粉掺量增多,矿粉掺量降低,混凝土的抗压强度降低。由图2可以看出,即使掺合料中再生微粉比例最高的P04组(F:O:M为7:2:5),其长龄期强度也能满足要求,因此,再生微粉比例占掺合料的35%左右是可行的。
3.2 抗冻性
根据SL/T 352—2006《水工混凝土试验规程》[4]采用DDR-2型全集配混凝土快速冻融试验机对表3中不同配合比的混凝土试块进行冻融循环试验。试验考虑质量损失率和相对动弹性模量两个指标来判定试块是否破坏。
不同掺合料组合的配合比混凝土在冻融循环作用下的质量损失率及相对动弹性模量如表5所示。
在经历150次冻融循环后,粉煤灰和再生微粉双掺P02组混凝土试块相对动弹性模量为57%,而P06组(F:O:M为1:1:1)混凝土试块的自振频率已无法测定,且表面剥落严重。而经历250次冻融循环之后,粉煤灰和矿粉双掺P01组混凝土试块的自振频率已无法测定。
由表5可作图分析各配合比混凝土在冻融循环作用下的质量损失率,见图3。
由图3可以看出,矿粉、粉煤灰和再生微粉三掺替代30%水泥的情况下,当三种掺合料比例为1:1:1时的P06组混凝土50次冻融循环之后质量下降严重,在200次循环时质量损失已经超过5%;当粉煤灰、矿粉和再生微粉比例为7:2:5的P04和7:4:3的P05组时,随冻融循环次数增多质量损失都不大,直至250次循环,两种配合比混凝土试块质量损失都不超过5%,但随着矿粉的减少,再生微粉和粉煤灰的增加,质量损失率增大,抗冻性降低。矿粉和再生微粉1:1双掺的P03组,随冻融循环次数增加,质量损失率最小,而粉煤灰与再生微粉双掺的P02组质量损失率较大,且经过200次冻融循环,其质量损失已超过5%。
除质量损失率外,还研究各组混凝土经过冻融循环后的相对动弹性模量。根据表5作图,随冻融循环次数增加试验混凝土试块的相对动弹性模量对比见图4。
根据试验,对于双掺混凝土试块,经历冻融循环150次后双掺粉煤灰与再生微粉的P02组混凝土试块相对动弹性模量已经低于60%;经历250次循环的粉煤灰和矿粉双掺的P01组混凝土试块的自振频率无法检测;在冻融循环次数达到200次时,粉煤灰、矿粉及再生微粉1:1:1三掺的P06组混凝土试块无法测得自振频率;而另外3种不同掺合料比例配合比的P03组、P04组和P05组混凝土试块在经历250次冻融循环后的相对动弹性模量值大于60%。因此,在一定比例的配合比下使用再生微粉与粉煤灰和矿粉三掺的混凝土抗冻性较佳。
综上所述,试验P03、P04、P05组混凝土抗冻性达到F250以上;P01基准组混凝土抗冻性达到F200;P06组混凝土抗冻性达到F150;P02组混凝土抗冻性达到F100。由此推测,再生微粉作为掺合料对混凝土的抗冻性影响介于矿粉和粉煤灰之间,再生微粉混凝土抗冻性能优于同掺量粉煤灰混凝土的抗冻性能,低于同掺量矿粉混凝土的抗冻性能。矿粉掺量比例增加有利于提高抗冻性。另激发剂的掺入对强度和抗冻性提高有利,由于激发剂根据再生微粉掺量比例掺入,实际碱性激发剂对粉煤灰和矿渣均有激发作用,因此,激发剂掺量比例较少(再生微粉的1.3%,其它组为1.6%)的P06组抗冻性相对较差,粉煤灰掺量较多的P02组抗冻性最差。
3.3 抗碳化性能
混凝土快速碳化试验根据SL/T 352—2006《水工混凝土试验规程》进行。
试验测试单掺再生微粉、单掺矿粉及两者双掺混凝土的抗碳化性能,并进行比较分析。试验配合比见表6。
对表6中各组混凝土试件养护28d后进行碳化测试,各配合比混凝土试件3d、7d、14d及28d的碳化深度见表7。
kg/m3
注:C—水泥,W—水,S—细集料,G—粗集料,O—矿粉,M—再生微粉,R—减水剂,A—NS型激发剂。
mm
由表7可以看出,在各个碳化阶段单掺矿粉的混凝土试件碳化深度最小,而单掺再生微粉的混凝土试件碳化深度最大。复掺混凝土试件的碳化深度介于两者之间。由此可以推断,再生微粉的抗碳化能力低于矿粉的抗碳化能力,再生微粉复掺矿粉后混凝土抗碳化能力有所提高。
4 结论
(1)再生微粉和矿粉、再生微粉和粉煤灰、粉煤灰和矿粉双掺混凝土,在各个龄期,以粉煤灰和矿粉双掺混凝土的强度值最大,再生微粉与矿粉双掺混凝土强度在各龄期均大于再生微粉与粉煤灰双掺混凝土的强度。
(2)固定掺合料掺量,以矿粉、粉煤灰及再生微粉不同组成比例配制的三掺混凝土,随龄期增长,不同配合比的三掺混凝土的强度呈增长态势。在后期,随再生微粉掺量增多,矿粉掺量降低,混凝土的强度降低。再生微粉掺量占掺合料的35%左右时使用较为适宜。再生微粉作为掺合料使用是可行的。
(3)抗冻性试验表明,再生微粉作为掺合料对混凝土试块的抗冻性能影响介于矿粉和粉煤灰之间,再生微粉混凝土抗冻性能优于同掺量粉煤灰混凝土的抗冻性能,低于同掺量矿粉混凝土的抗冻性能。激发剂掺入对提高混凝土抗冻性有利。
(4)单掺矿粉的混凝土碳化深度最小,而单掺再生微粉的混凝土试件碳化深度最大。双掺再生微粉和矿粉混凝土的碳化深度居中,说明再生微粉应与其它掺合料共掺应用于混凝土中较为合适。
参考文献
[1]肖建庄,李佳彬,兰阳.再生混凝土技术最新研究进展与评述[J].混凝土,2003(10):17-20.
[2]Ot sukiN.Miyazato S.and Yodsudjai W.Influence ofrecycled aggregate on interfacial transition zone,strength,chloride penetration and carbonation[J].Journal of Materials inCivil Engineering,2003,15(5):443-451.
[3]马纯滔,宋建夏.建筑垃圾再生微粉利用的试验研究[J].宁夏工程技术,2009(3):55-59.
再生微粉对混凝土强度的影响研究 篇3
关键词：废弃混凝土,再生微粉,抗压强度,劈裂抗拉强度
0 引言
近几十年来,随着我国新城区的建设和旧城改造搬迁力度的加大以及地震灾害的发生,每天产生大量建筑垃圾——废弃混凝土。利用废弃混凝土研制再生微粉作为新型混凝土掺合料不仅能解决建筑垃圾的处理问题,同时能够变废为宝解决矿物掺合料稀缺的问题[1,2]。
本文研究再生微粉部分取代水泥掺入混凝土中对混凝土结构强度的影响,对于再生微粉混凝土应用于实际工程具有深刻的指导意义。
1 概述
再生微粉是废弃混凝土经破碎、粉磨达到一定细度的混凝土微细粉末。由于再生混凝土微粉中含有大量未水化的水泥颗粒活性成分,当被粉磨到一定细度后,可用作混凝土掺合料。目前国内外,对于利用废弃混凝土制备再生微粉掺合料的研究甚少。日本、韩国等国家涉及再生微粉的研究主要是制备再生水泥,国内学者研究的方向主要集中在再生微粉的制备工艺流程、矿物成分研究、再生微粉胶凝体系的物理性能、收缩性能以及对混凝土耐久性影响等方面。
2 试验原材料
胶凝材料:海螺P.O42.5水泥;
细骨料:天然砂,细度模数为2.4,为中砂;
粗骨料:人工破碎的碎石,粒径为5 mm～20 mm;
外加剂:南京友西科技有限责任公司生产的标准型UC-Ⅱ型高强高效泵送剂;
掺合料:磨细粉煤灰(FA),矿粉,南京友西科技有限责任公司开发研制的UC系列优质微粉Ⅰ,微粉Ⅱ。
再生微粉化学成分分析见表1,混凝土配合比见表2。
3 试验结果与分析
3.1抗压强度
混凝土立方体抗压强度(Cube compressive strength test)试验按GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法进行。试件尺寸100 mm×100 mm×100 mm。试验按表2混凝土配合比成型试件,每组配合比成型6个试件,试件成型后在标准条件下养护至7 d,28 d龄期。将达到7 d,28 d龄期的试件进行立方体抗压强度试验,测得立方体抗压强度值fcc。各组配合比立方体抗压强度试验结果见表3及图1。
由实验结果可见,微粉混凝土的抗压强度随着龄期的增长而增长,抗压强度值都能满足工程设计的要求。7 d龄期时,矿粉组、微粉1组、微粉2组混凝土强度分别是基准组的69.2%,74.7%,67.5%。28 d龄期,矿粉组、微粉1组、微粉2组混凝土强度分别是基准组的90.6%,89.4%和76.3%。28 d龄期掺有掺合料组强度比值增大是由于矿物掺合料与水泥熟料发生二次反应的结果。微粉1组混凝土在7 d,28 d龄期均高于微粉2组抗压强度,这也验证了微粉Ⅰ活性高于微粉Ⅱ。
3.2劈裂抗拉强度
混凝土劈裂抗拉强度试验(split tensile strength test)按GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法进行。试件尺寸100 mm×100 mm×100 mm。试验按表2混凝土配合比成型试件,每组配合比成型6个试件,试件成型后在标准条件下养护至7 d,28 d龄期。达到7 d,28 d龄期的试件进行混凝土劈裂抗拉强度试验,测得劈裂抗拉强度值fts。各组配合比立方体抗压强度试验结果见表4。
由试验结果来看,混凝土劈裂抗拉强度与抗压强度类似,强度随龄期增长而增长。7 d龄期时,矿粉组、微粉1组、微粉2组混凝土强度分别是基准组的95%,50%,70%。28 d龄期,矿粉组、微粉1组、微粉2组混凝土强度分别是基准组的88.2%,100%和70.6%。微粉1组劈裂抗拉强度发展最为迅速,28 d龄期强度值超过了微粉2组和矿粉组,甚至与基准组持平。
影响混凝土抗拉强度主要有两个因素:
1)混凝土内部结构。
混凝土在搅拌、振捣过程中,在沿着粗骨料颗粒的表层周围会形成一层水吸附膜。这层水膜可以使得胶凝材料浆体水胶比局部变大,导致水化过程中局部生成较大结晶产物,产生空隙,不利于混凝土结构的致密性。
2)水泥石与骨料间的过渡区。
混凝土在受力过程中,过渡区可能存在局部应力集中现象,诱导微裂纹的产生。微粉平均粒径较小,在混凝土中能起到微集料效应,可使得混凝土形成细观紧密组合体系;另一方面,微粉颗粒比表面积大,能吸附水分子,阻碍粗骨料表层水吸附膜的形成,有利于改善界面过渡区[3]。
4结语
废弃混凝土经破碎、粉磨达到一定细度的再生微粉可作为混凝土掺合料。试验结果表明,掺有再生微粉的混凝土7 d龄期时,抗压强度与基准组混凝土抗压强度比不是很高。28 d龄期,由于掺合料与水泥熟料产生二次反应的结果,微粉混凝土抗压强度接近基准组混凝土。混凝土劈裂试验结果与抗压强度类似,强度随龄期增长而增长。微粉1组劈裂抗拉强度发展最为迅速,28 d龄期强度值超过了微粉2组和矿粉组,甚至与基准组持平。微粉Ⅰ活性大于微粉Ⅱ。微粉混凝土的抗压强度值、劈裂抗拉强度都能满足工程设计的要求,说明微粉混凝土应用于工程实际是完全有可能的。
参考文献
[1]张冷晶,张保,胡岚.利用建筑垃圾生产新型混凝土掺合料的研究[J].混凝土,2008(4):19-21.
[2]孙志刚.我国掺合料及掺合料技术现状和展望[J].中国水泥,2004(11):106-110.
再生微粉制备泡沫混凝土的试验研究 篇4
1 再生微粉泡沫混凝土中胶凝材料体系的确定
泡沫混凝土对干表观密度有严格的要求,因此在选择胶凝材料时粉煤灰成为必不可少的细集料[3]。再生微粉的主要成分包括大量的水泥浆粉末,部分水泥石颗粒和少量的石灰石细颗粒,具有一定的潜在活性,其活性程度主要取决于废弃混凝土所含未水化的胶凝材料量。
1.1 主要原材料
再生微粉:将内蒙古科技大学土木工程试验室的废弃混凝土用颚式破碎机粉碎到5~15 mm的颗粒,然后用球磨机球磨50 min后制得。粉煤灰:选用包钢电厂Ⅱ级粉煤灰。水泥:包头产蒙西牌P·O42.5 水泥。发泡剂:市售植物源复合蛋白发泡剂,无色至微黄色黏稠液体,推荐稀释比例为1∶60。减水剂:聚羧酸高效减水剂,掺量控制在胶凝材料用量的0.6%~1.5%。稳泡剂:羟丙基甲基纤维素HPMC(掺量以占胶凝材料0.08%为最佳)。生石灰:市售,内蒙古包头产。建筑石膏粉:硬度1.5~2,相对密度2.3,内蒙古包头产。无机盐:碳酸锂[4]、亚硝酸钠,工业级,粉末状。憎水剂:硬脂酸钙,白色粉末;有机硅,无色透明液体。
1.2胶凝材料性能对比分析
(1)物理性能
水泥、再生微粉、粉煤灰的物理性能见表1。
由表1 可以看出,再生微粉和粉煤灰二者在宏观上具有相似的物理特性。
(2)化学成分
对胶凝材料进行化学成分分析可以了解其活性物质的种类和含量,更有利于对比分析不同胶凝材料在进行水化反应时的作用机理,是评定其活性大小的重要技术指标[5]。水泥、粉煤灰、再生微粉中的二氧化硅、氧化铝、氧化铁含量高低直观地反映了其质量的优劣,3 种胶凝材料主要化学成分见表2。
%
由表2 可以看出,再生微粉和粉煤灰的氧化硅、氧化铝、氧化镁以及氧化铁的含量均相近,只有氧化钙的含量高于粉煤灰,虽然化学成分会根据原材料产地的不同而略有差异,但可以初步推断再生微粉与粉煤灰化学性质相似。
1.3 胶凝材料体系试验方案
根据GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》中对复合硅酸盐水泥的规定,复合硅酸盐水泥中混合材料总掺加量应>20%且≤50%,因此,分别固定水泥掺量为50%、60%、70%、80%4 个等级,相应地分别以水泥质量50%、40%、30%、20%的粉煤灰和再生微粉替代部分水泥。在满足再生微粉泡沫混凝土基本性能的基础上最大程度掺入再生微粉,通过调整再生微粉和粉煤灰的掺入比例研究分析不同胶凝材料体系组成对再生微粉泡沫混凝土综合性能的影响[6,7,8]。试验设计干表观密度600 kg/m3,水胶比为0.24,减水剂掺量为胶凝材料用量的1.2%,试验时根据流动度可以微调减水剂掺量。稳泡剂HPMC以占胶凝材料0.08%的比例掺入,泡沫性能指标参照GB/T11969—2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》中泡沫混凝土泡沫剂性能试验方法进行测试。
1.4 胶凝材料体系试验结果与分析
其它组分保持不变,不同胶凝材料配比下泡沫混凝土的抗压强度和干表观密度见图1。
由图1 可知,综合考虑抗压强度与干表观密度的关系,以最大程度利用废弃混凝土为原则,当m(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(再生微粉)=80∶10∶10、70∶15∶15、60∶20∶20、50∶15∶35 时,泡沫混凝土在同水泥量级下具有适宜的干表观密度和较高的抗压强度。
破碎、磨细后获得的再生微粉孔隙率高,导致利用其制备的泡沫混凝土吸水率随之增大,吸水率大是再生微粉泡沫混凝土主要缺点之一,制约了再生微粉泡沫混凝土的推广和应用[9]。通过吸水率试验可以得到胶凝材料组成对吸水率的影响规律,有助于在保证再生微粉泡沫混凝土综合性能的基础上最大程度利用废弃混凝土。
不同胶凝材料配比下泡沫混凝土抗压强度与吸水率的关系见图2。
由图2 可知:在相同水泥掺量下,再生微粉泡沫混凝土的吸水率随着再生微粉掺量增多基本呈逐渐降低趋势,在水泥掺量逐渐减少、再生微粉掺量逐渐增加的情况下,吸水率反而又处于上升的状态。在保证抗压强度的基础上,重点考虑吸水率的因素,以最大程度利用再生微粉为原则,当m(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(再生微粉)=80∶10∶10、70∶15∶15、60∶10∶30、50∶15∶35时,泡沫混凝土在相同水泥用量下具有较高的抗压强度和较小的吸水率。
2 再生微粉泡沫混凝土最佳配合比的确定
为了确定适用于再生微粉泡沫混凝土的最佳配合比,选择胶凝材料体系、憎水剂、无机盐作为影响因素,分别设定3因素3 水平正交试验并进行结果分析。
2.1 正交试验设计
本试验设计表干密度为600 kg/m3的再生微粉泡沫混凝土,试验时保持水胶比0.24 不变,试验过程中可根据浆体的流动度微量调整减水剂的用量[10];激发剂选用石膏,掺入比例为胶凝材料用量的25%。正交试验因素水平见表3,正交试验结果见表4。
2.2 正交试验结果分析
正交试验极差分析见表5。
从表5 可以看出:
(1)各因素对再生微粉泡沫混凝土干表观密度影响的主次顺序为:憎水剂>胶凝材料体系配比>无机盐,憎水剂是最主要影响因素,胶凝材料体系也起到一定的作用,效果仅次于憎水剂,无机盐是非重要影响因素。当憎水剂掺量为1.5%时,干密度最接近设计值。所以泡沫混凝土干表观密度的最优配比为:m(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(再生微粉)=70∶15∶15,憎水剂掺量1.5%,无机盐掺量0.1%。
(2)由于泡沫混凝土块体表面有开口孔存在,直接导致其吸水率较大。再生微粉泡沫混凝土吸水率影响的大小顺序为:无机盐>憎水剂>胶凝材料体系配比,吸水率皆控制在20%左右,说明吸水率受外加剂耦合作用较大,控制吸水率要从多种外加剂共同考虑;但无机盐是3 种因素中较重要的一种,可能是因为碳酸锂掺入缩短了再生微粉泡沫混凝土的凝结时间,有效地保持了泡沫的稳定性以致其成型试块表面存在较少的开口孔而降低了吸水率。
(3)再生微粉泡沫混凝土28 d抗压强度影响的主次顺序为:胶凝材料体系配比>无机盐>憎水剂。无机盐和憎水剂掺量选用较为合理,试验强度受其影响变化不大,胶凝材料体系的组成是影响强度的关键因素,这是由于胶凝材料在再生微粉泡沫混凝土中作为主体骨架,是主要受力部分,当m(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(再生微粉)=70∶15∶15 时,泡沫混凝土抗压强度最优。
JC/T 1062—2007《泡沫混凝土砌块》要求15 次冻融循环质量损失不大于5%,强度损失不大于20%。从表4 可以看出,当m(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(再生微粉)=50∶15∶35 时,冻融指标均不符合规范要求;当m(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(再生微粉)=60∶20∶20 和70∶15∶15 时冻融质量损失符合标准要求,但当m(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(再生微粉)=60∶20∶20 组成时,冻融后强度损失过大。所以当m(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(再生微粉)=70∶15∶15 时,泡沫混凝土的抗冻性最好。
从表4 还可以看出,泡沫混凝土的导热系数符合JC/T1062—2007 标准要求。
综合以上指标分析可以得到的最佳配合比见表6。
按此最佳配合比制备的再生微粉泡沫混凝土,密度为625.07 kg/m3,28 d立方体抗压强度为4.7 MPa,吸水率为22.93%,15 次冻融循环后质量损失3%、强度损失11%,导热系数为0.131 W/(m·K)。各项性能指标符合GB 50574—2010《墙体材料应用统一技术规范》中A3.5 级的要求。与传统的相同级别泡沫混凝土相比,可节约水泥75 kg/m3。
kg/m3
3 结语
(1)当m(水泥)∶m(再生微粉)∶m(粉煤灰)=70∶15∶15 时,可做到在保证抗压强度和吸水率的同时最大程度利用再生微粉。
(2)再生微粉泡沫混凝土各原材料的最佳配比(kg/m3)为:m(P·O42.5 水泥)∶m(再生微粉)∶m(粉煤灰)∶m(水)∶m(石膏)∶m(碳酸锂)∶m(聚羧酸高效减水剂)∶m(发泡剂)=350∶75∶75∶120∶18.75∶1.5∶6∶0.515。按此最佳配合比制备的再生微粉泡沫混凝土,密度为625.07 kg/m3,28 d立方体抗压强度为4.7MPa,吸水率为22.93%,15 次冻融循环后质量损失3%、强度损失11%,导热系数为0.131 W/(m·K)。各项性能指标符合GB 50574—2010 中A3.5 级的要求。与传统的相同级别泡沫混凝土相比,可节约水泥75 kg/m3。
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[9]曾亮,夏艺.泡沫混凝土的研究进展与展[J].上海建材,2012(1):28-32.
再生微粉 篇5
由于城市的快速发展, 伴随着旧城改造项目的推进, 大量的建筑未达到设计使用寿命便被拆迁, 产生大量的废弃混凝土等建筑垃圾。同时随着城镇化的不断推进, 大量的新建建筑也会产生一定量的建筑垃圾。如果简单地把建筑垃圾运到垃圾场进行堆放或填埋, 将占用大量土地, 由此引发的巨大处理费用和环境问题十分突出。大量试验研究结果表明, 将建筑垃圾中的废弃混凝土经过一定处理可以制备成再生骨料, 可用于制备再生混凝土及再生混凝土制品, 如再生混凝土空心砌块及衍生的再生节能砌块等[1~3]。
将高品质的再生粗骨料用于再生混凝土的研究制备已较为广泛, 而对废弃混凝土破碎处理过程中量较大的再生细骨料及再生微粉的试验研究及回收应用目前尚较少。再生细骨料要达到符合相关回收利用的级配要求, 就必须对其进行冲洗、过筛等处理, 以除去过细的微粉[4], 这将带来工艺及成本的增加。在实际的废弃混凝土的破碎过程中, 除了获得一部分的再生粗骨料外, 更多的是得到再生细骨料及微粉。特别是再生微粉, 如不采取合适的措施加以处理及利用, 有可能会造成二次污染。不同工艺制备的再生微粉具有的活性不尽相同, 会对制备的再生混凝土的力学性能及耐久性能产生不同的影响[5~9]。下面通过试验, 利用废弃混凝土破碎而得的再生细骨料及再生微粉制备不同强度等级的再生混凝土空心砌块, 分析不同掺量的再生细骨料及微粉替代天然骨料对其力学性能的影响。
2 实验原材料及方法
2.1 实验用原材料
实验采用南宁华润水泥厂生产的红水河牌PO42.5R普通硅酸盐水泥, 其水泥熟料成分和水泥的物理性能如表1所示。天然粗、细骨料分别按《建设用卵石和碎石》 (GB/T 14685—2011) 和《建设用砂》 (GB/T 14684—2011) 的要求, 天然粗骨料使用粒径为5mm~20mm碎石, 密度为2.71g/cm3;天然细集料为模度系数为2.34的石粉。
采用废弃混凝土制备的再生细骨料及微粉外貌如图1所示, 其颗粒级配及《混凝土和砂浆用再生细骨料》 (GB/T 25176—2010) 规定的1类连续级配见图2所示, 可见其中含有一定量的再生微粉。考虑到所选取的制备再生骨料的工艺中, 再生细骨料及微粉一般超过50% (wt%) 。因此, 将再生细骨料及再生微粉进行最大限度的综合利用是实现建筑垃圾减量化及资源化综合利用的有效措施。
注:Control为空白样;MU5、MU7.5分别代表砌块设计强度等级为MU5.0及MU7.5;-30、-50、-70、-100代表再生细骨料及微粉替代率为30%、50%、70%及100%。
2.2 配合比设计
为了研究不同再生细骨料及微粉掺量对不同强度等级的再生混凝土空心砌块强度的影响, 选用MU5.0, MU7.5两个强度等级, 再生细骨料及微粉的掺量分别为30%、50%、70%、100% (wt%) 进行试验分析。制备再生混凝土空心砌块的配合比见表2。
2.3 再生砌块的制备、养护及试验
采用混凝土空心砌块制备机生产再生混凝土空心砌块, 砌块为双排孔, 尺寸为390mm×240mm×190mm, 每个强度等级制备30块。制备再生混凝土空心砌块的具体工艺流程为:将水泥和粗、细骨料 (再生细骨料及微粉) 进行干拌2min使其均匀混合, 加水继续拌和3min~4min, 而后将拌合物装入模具在振动台上振动, 最后进行挤压脱模。压制成型后的试块如图3所示。再生混凝土空心砌块的制备工艺与普通混凝土空心砌块的基本相同, 故利用现有的制备普通混凝土空心砌块的生产设备即可制备再生混凝土空心砌块。再生混凝土空心砌块在自然条件下浇水养护28d后进行抗压强度试验。混凝土空心砌块的试验方法根据国家标准《普通混凝土小型空心砌块》 (GB 8239—1997) 进行, 在NYL-3000型压力试验机上完成。
3 实验结果分析
各配合比砌块的抗压强度见表2所示。不同再生细骨料掺量对两个强度等级的再生骨料混凝土空心砌块的强度影响见图4、图5所示。从图中可以看出, 无论是哪个强度等级, 当再生细骨料及微粉替代天然骨料量为30%时, 对强度影响不大, 而随着替代量提高到50%以上后, 再生混凝土空心砌块的强度降低明显;强度等级为MU5.0, 掺量30%、50%、70%和100%的强度下降率分别为1.2%、6.8%、9.6%和12.8%;强度等级为MU7.5时, 掺量30%、50%、70%和100%的强度下降率分别为4.9%、17.5%、21.7%和19.7%。可见再生细骨料及微粉对高强度等级的混凝土砌块的影响大于低强度等级的砌块。
4 结论
(1) 利用再生细骨料和微粉可以制备满足要求的不同强度等级的再生混凝土空心砌块;
(2) 再生细骨料及微粉的加入会对再生混凝土空心砌块的强度产生一定的影响。当再生细骨料及微粉替代天然骨料量为30%时, 对再生混凝土空心砌块强度影响不大, 而随着替代量提高到50%以上后, 再生混凝土空心砌块的强度降低明显。
(3) 再生细骨料及微粉对高强度等级的混凝土砌块的影响大于低强度等级的砌块。
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再生微粉 篇6
随着建筑业的迅猛发展以及不可再生资源的日益减少, 对建筑废弃物再利用的研究已经成为国内外的一项重要课题[1]。随着我国大量建筑的老化和拆除, 建筑垃圾的资源化处理越来越引起社会的关注。在利用建筑垃圾的各种方法中, 利用颗粒整形技术对经过简单破碎的粗、细骨料进行强化处理已经是一项成功的技术。在整形过程中会产生占原料质量15%左右的废弃微粉, 主要由硬化水泥石和粗、细骨料的碎屑组成, 在一定条件下仍具有活性, 如不加以利用, 既会造成浪费又会产生新的污染。研究这种微粉作为矿物掺合料在混凝土中的应用, 对于大规模资源化利用建筑垃圾废弃物具有重要意义, 将会有广阔的应用前景和巨大的经济效益。
目前, 已有研究表明, 利用废砖和/或废混凝土建筑垃圾经破碎和粉磨等工艺制备的再生粉体, 主要含有经过煅烧的以偏高岭土为主的砖粉、磨细的水泥石以及未完全水化的水泥, 具有较高的活性, 同时也有较大的内比表面积[2]。再生微粉结构疏松, 颗粒表面粗糙不平, 颗粒中含有大量连通的孔隙, 增加了表面层水和吸附水的消耗, 降低了拌合物的流动性。在实际使用中为了保持混凝土的良好工作性, 需要相应增加混凝土中拌合水或减水剂的用量, 但这会导致混凝土的主要力学性能和耐久性出现不同程度的下降, 进而导致再生微粉难以大规模推广使用。针对再生微粉的物理化学结构特性, 开发一种适用于以再生微粉作为矿物掺合料的预拌混凝土的新型聚羧酸减水剂迫在眉睫。
典型的聚羧酸分子呈梳形结构, 通常由主链和侧链两个基本部分组成, 其主链上一般含有大量的可电离羧基, 侧链通常是聚氧化乙烯醚等亲水性聚醚长链[3,4,5]。一般认为, 水泥颗粒的分散是由静电斥力、空间位阻斥力及水分子的润湿作用等弱相互作用引起的, 在水化过程中随着微观条件的改变聚羧酸分子会失去吸附能力, 减水效果降低。目前, 常规减水剂在常规材料预拌混凝土中的使用性能良好。而在再生材料预拌混凝土领域, 由于再生骨料、再生微粉等原材料的复杂性, 对于混凝土减水剂而言, 尚没有深入的研究和成熟的产品。本研究通过在聚羧酸分子主链中引入有特殊功能的官能团分子, 与丙烯酸、聚氧化乙烯醚等进行共聚反应, 得到具有特殊化学结构的新型聚羧酸减水剂。不同功能的官能团起到不同的作用, 如含有硅氧烷结构的官能团, 为聚羧酸减水剂提供一种与水泥颗粒进行化学键合等强相互作用的能力[6];含有羧酸酯结构的官能团, 为聚羧酸减水剂提供了一种在碱性条件下缓释保坍的能力;含有阳离子结构的官能团, 为聚羧酸减水剂提供了一种新颖的双电荷结构, 提升了抗吸附的能力。
2 实验
2.1 主要原材料
丙烯酸 (简称AA) , 双氧水 (H2O2) , 氢氧化钠 (Na OH) , 去离子水, 硅烷偶联剂 (简称SCA) , 丙烯酸羟乙酯 (简称HEA) , 丙烯酸季铵盐 (简称DMC) , 丙烯酸磺酸盐 (简称MAS) , 以上试剂均为分析纯。
改性聚醚 (缩写为APEG) , 由河北国蓬化工提供, 平均分子量2400;稳定剂 (自制, 简称K) 。
金隅P.O 42.5水泥:比表面积340m2/kg, 28天抗压强度51MPa。标准砂为符合GB/T 17671-1999规定的中国ISO标准砂。再生微粉由北京元泰达环保建材有限公司提供。混凝土用砂为河北产II区中砂河砂, 细度模数2.7, 含石量6%, 含泥量2.2%, 表观密度2670kg/m3。碎石为北京产5mm-25mm矿山废石碎石, 连续级配, 含泥量1.2%, 压碎指标4.5%, 表观密度2630kg/m3。水为自来水。
2.2 仪器与设备
玻璃仪器:三口烧瓶、温度计、烧杯等。
主要设备:JJ-1型电动搅拌器, JJ-600型电子分析天平, NJ-160A型水泥净浆搅拌机, JJ-5型水泥胶砂搅拌机, NLD-3型水泥胶砂流动度测定仪, SHBY-4B型数控水泥砼标准养护箱, HJW-60强制式混凝土搅拌机, WAW-1000型微机控制压力机, BL-100型蠕动泵, DZKW-4型电控水浴锅。
2.3 合成方法
在装有温度计和搅拌器的1L三口烧瓶中加入一定量的改性聚醚、双氧水、去离子水, 水浴加热烧瓶, 待升温至一定温度且改性聚醚完全溶解后, 开始用蠕动泵控制流速并滴加单体丙烯酸、功能型单体和稳定剂的混合水溶液, 滴加完毕后, 保持反应温度恒定一定时间, 停止加热, 待反应产物冷却至40℃时, 用30%的氢氧化钠溶液中和至p H为5-6, 搅拌均匀, 得到聚羧酸减水剂。
2.4 性能检测
根据《混凝土外加剂匀质性试验方法》 (GB/T8077-2012) , 测定水泥净浆流动度和水泥砂浆减水率。根据《混凝土外加剂》 (GB 8076-2008) , 测定混凝土抗压强度。根据《水泥胶砂强度检验方法 (ISO法) 》 (GB/T 17671-1999) , 测定胶砂抗压强度。
3 结果与讨论
3.1 再生微粉的基本性质
再生微粉是一种质地疏松的建筑垃圾粉体, 使用以砖混建筑废弃物为原材料, 通过专用粉磨设备磨细后, 再经选粉机选粉, 得到本实验中使用的建筑垃圾废弃物再生微粉。表1为再生微粉的基本化学成分[2];表2为再生微粉的细度和颗粒分布[2]。
再生微粉的化学组成与水泥基本相同, 但Si O2的含量较高, 具有一定的活性。再生微粉的颗粒微细, 比表面积较大, 会在实际使用中增大需水量。采用固定用水量, 测定再生微粉的不同掺量对水泥胶砂流动度的影响。结果见表3[2]。
从表3中可以看出, 再生微粉对水泥胶砂流动度有明显影响。胶砂流动度随着再生微粉掺量的增加呈下降趋势, 说明再生微粉会增加水泥胶凝材料体系的需水性, 这也印证了再生微粉比表面积大的结论。在实际使用中, 再生微粉替代水泥的比例不宜过大, 并且在保持水胶比不变的条件下, 外加剂的种型与用量会起到关键作用。
3.2 不同减水剂的基本成分
本实验采用丙烯酸、功能单体和改性聚醚合成了一系列新型聚羧酸减水剂, 具体配方如表4所示。
A型减水剂是普通型, 是目前最常见的聚羧酸减水剂, 结构简单、减水率高、适应性好, 但对泥、微粉、无机盐等较敏感, 坍落度保持性能不足;B型减水剂是保坍型, 是在A型的基础上引入了丙烯酸羟乙酯这类具有缓释能力的功能型分子, 该型产品坍落度保持性能优异, 但减水率不足, 实际生产中需要与普通减水剂配合使用;C型减水剂是前期针对A型减水剂对泥、无机盐等敏感问题改进的产品, 在普通型的基础上引入了硅烷偶联剂分子, 得到的产品对高含泥量砂石和硫酸钠等无机盐有一定的抵抗能力, 在一定程度上保持混凝土坍落度稳定性[6];D型减水剂是在以上各型的基础上, 经过深入研发得到的一款针对用再生微粉作为胶凝材料替代水泥生产混凝土使用的功能型减水剂, 该产品通过硅烷偶联剂、保坍组分和阳离子型单体的综合作用, 稳定再生微粉, 减少生产用水, 提高产品性能。
3.3 再生微粉用减水剂的筛选
对于合成得到的不同类型的聚羧酸减水剂, 我们试验了纯水泥的净浆流动度和替代水泥掺入30%再生微粉的净浆流动度, 结果见表5。同时, 也对两种粉料对不同减水剂的经时净浆流动度进行了试验, 结果见图1。
从表5中可以看到, 在掺入30%再生微粉后, 四种产品的水泥净浆流动度均有所降低, 下降幅度较大的是A型和B型产品, 幅度较小的是C型和D型产品, 特别是功能型减水剂下降最少。说明传统的减水剂对于稀松多孔的再生微粉的减水能力大幅下降, 而具有功能基团的新型聚羧酸减水剂可以更有针对性地发挥作用。图1也显示了相同的结果, 针对纯水泥, 普通型有着较高的初始流动度, 但随时间下降最快;保坍型有流动度上升的趋势, 缓释能力得以体现;功能型产品对纯水泥的初始流动度没有优势, 但随时间下降较缓, 有一定的保坍能力。而对于掺入再生微粉的水泥净浆, 功能型产品在初始流动度上优于普通型产品, 初始流动度大, 保坍性非常好, 2小时下降不足10%。因此, 功能型聚羧酸减水剂是一种良好的适应再生微粉的新型聚羧酸减水剂。
3.4 功能型减水剂对再生微粉的适应性
进一步实验功能型产品的性能, 针对再生微粉的不同掺量进行了净浆流动度的试验。结果见表6, 可以看出普通型产品随着再生微粉掺量的增加, 净浆流动度下降明显, 当在再生微粉掺量为30%时, 下降30mm, 掺量50%时, 下降近100mm;而功能型产品随着再生微粉掺量的增加, 净浆流动度也有所下降, 但程度较缓, 掺量30%时, 下降15mm, 掺量50%时下降40mm。特别是大掺量时, 功能型产品的性能优越性体现的更明显。
但根据现有研究成果, 再生微粉的掺量不宜过大, 因为随着再生微粉的掺量的增加, 水泥胶砂强度逐渐下降, 胶材活性降低, 不利于实际使用。为了进一步验证功能型减水剂对水泥等胶材的影响, 进行了再生微粉水泥胶砂试验, 测试了胶砂减水率及抗压强度, 结果见表7。
当不掺入再生微粉时, 两种减水剂均有大于30%的减水率和110%的抗压强度比, 并且普通型减水剂要略优于功能型减水剂。随着再生微粉掺量的增加, 当10%掺量时, 两种减水剂效果相当。随着再生微粉掺量的进一步加大, 当30%掺量时, 功能型产品的优势逐步显现, 减水率是普通型的近两倍, 抗压强度比依然维持在110%。这也验证了功能型产品是一款针对再生微粉而设计合成的产品, 是适用于较高掺量再生微粉的产品。
3.5 混凝土应用试验
选取了C20混凝土强度等级, 研究了不同减水剂和不同掺量再生微粉对混凝土各龄期抗压强度的影响, 所有的混凝土拌合物均在相同工作性基础上成型制作抗压强度试件, 并在标准条件下养护至规定龄期。坍落度试验结果表明, 所有的拌合物的出机坍落度都在210mm-230mm之间, 出机坍落扩展度都在450mm-550mm之间, 粘聚性和保水性良好, 满足泵送浇筑要求。混凝土抗压强度试验结果在表8中给出。
结果表明, 由于再生微粉会降低拌合物的流动性, 随着再生微粉掺量的提高, 为了获得基本相同的坍落度和坍落扩展度, 需要相应增加混凝土中减水剂的用量, 在再生微粉替代30%水泥时, 普通型减水剂用量相比纯水泥条件下增加了1.3kg, 而功能型减水剂用量只增加了0.3kg, 这种趋势与水泥胶砂试验结果类似。掺入再生微粉替代部分水泥后, 混凝土各龄期的抗压强度均呈下降趋势, 下降幅度在10%-20%, 纯水泥和再生微粉掺量较少时, 普通型减水剂与功能型减水剂对抗压强度影响类似, 随着再生微粉掺量的逐步提高, 功能型减水剂起到了保持抗压强度的作用。在30%再生微粉掺量时, 普通型28天试件损失超过20%强度, 功能型28天试件损失在10%左右, 这种趋势也与水泥胶砂试验结果类似。
4 结论
本研究以硅烷偶联剂、保坍组分和阳离子型单体为功能型单体对普通型聚羧酸减水剂进行改性, 通过自由基共聚的方法合成了一种功能型聚羧酸减水剂。当再生微粉替代水泥掺量为30%, 使用功能型聚羧酸减水剂时, 水泥净浆流动度损失小于10%, 胶砂减水率维持在30%左右, 28天胶砂强度比维持在110%, 预拌混凝土用减水剂用量基本不变, 28天抗压强度损失在10%左右。因此, 对使用再生微粉替代部分水泥为胶凝材料的预拌混凝土产品而言, 该功能型聚羧酸减水剂具有减水率高、流动性好、保坍性优、使用量少、抗压强度损失小等诸多优点, 具有良好的应用前景。
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